Mos

Les composants électroniques
en commutation
TP
Analyse des formes d'ondes des composants de puissance
Ce TP est conçu à partir d’une maquette (Figure 1) qui génère un signal de commande interne et
dispose d’un circuit de puissance pouvant réaliser le schéma de la Figure 2. Ce dernier peut être
commandé soit par le générateur interne, soit par un signal externe.
Afin de pouvoir varier et simplifier le changement des composants de puissance, ces derniers
sont utilisés sans radiateur. Par conséquent, il ne peuvent pas dissiper beaucoup de calories, on
les commande donc de façon impulsionnelle.
Au cours de ces manipulations et simulations, vous allez être amené à étudier des phénomènes de
commutation et de conduction. Etant donné que les ordres de grandeurs sont fondamentalement
différents, je vous conseille d'utiliser au mieux la base de temps de l'oscilloscope.
Le TP est constitué d'une partie de préparation (simulation) et d'une partie manipulation.
Le but est de retrouver les formes d'ondes pour des transistors1 MOSFET et IGBT lorsqu'ils
commutent sur une charge inductive plus une diode de roue libre sans CALC. Par conséquent, dans
ce TP, vous n’avez pas besoin des circuits enfichables CALC1 et CALC2, seul le shunt de
courant sera utilisé.
Le synoptique de la maquette est donné ci-dessous :
15V disponible
sur les tables
Points de connexion
de l’inductance au
choix selon le
courant à mesurer
Les CALC et
shunts
sont
stockés sur les
côtés de la
maquette.
Signal de
commande
extérieur ou
Vgs
Alimentation
stabilisée
Signal de
commande
interne
Figure 1 : synoptique de la maquette
1
Les data-sheets des composants sont données en fin de TP et disponibles sur www.irf.com ou www.st.com
Variable
+
220µ C1
68n C2
V1
BYT12P-1000
D2
3
MOSFET
22V D1
1
10k
V2
R1
2
1mH
L1
1
Le schéma du montage de puissance utilisé pour caractériser les composants est donné cidessous.
Figure 2 – Schéma du montage utilisé
Simulation
A l'aide du noyau Pspice d'Orcad, charger le fichier TP COM1.OPJ. Simuler le montage tel qu'il
est et relever puis discuter :
; la tension d'entrée v2(t) et le courant dans la charge iL(t),
o Vérifier la valeur du courant avec le courant théorique présent dans l'inductance
à la fin de la 1ère impulsion, si V1=60V, L1=1mH (résistance d'inductance négligée).
; la tension d'entrée v2(t) et vgs(t) (sur le même graphe),
; les grandeurs d'entrée igs(t), vgs(t) et de sortie iDS(t), vDS(t),
; les grandeurs de sortie iDS(t), vDS(t) et iD(t) et vD(t) de la diode.
o En faisant un "zoom in" et imprimez le courant dans la diode et dans le transistor
au début de la 2ème impulsion.
o Déterminer ta, tb, trr et la quantité de charges recouvrées Qrr.
o Même chose avec une diode STTA506F.
;
;
;
;
Déterminer la résistance RDSon grâce au courant iD(t) et la tension vDS(t) (faire la mesure
à la fin de la deuxième impulsion).
A la fermeture du MOSFET. Faire varier R9 de 0 à 2kΩ et noter les temps de
commutation extrêmes tf, la tension de seuil Vth, la tension Vp et les temps t1 et ton du
plateau Miller (le courant iD(t) pourra être utilisé). Conclure.
Evaluer les pertes dans le MOS lors de la fermeture due à la deuxième impulsion.
Evaluer les pertes dans le MOS lors de l'ouverture due à la deuxième impulsion.
Conclusion.
Manipulation
Montage de puissance
; Quel est le nom de ce montage?
; Quel est le rôle des capacités C1 et C2?
; Quel est le rôle de R1 et de D1?
Etude du montage avec un transistor MOS
Courant dans l'inductance
Mettre sur la platine puissance, en respectant les "polarités", un MOSFET IRF740 et une diode
BYT12P1000. Mettre R9 à 0 et ajuster V1 à 60V.
; Relevez et imprimez alors le courant dans L1. Vérifiez les différents temps du signal de
commande et la valeur du courant à la fin de la 1ère impulsion. Conclure.
Etude du Transistor IRF740
Câbler la maquette telle que la sonde de courant visualise le courant dans le MOSFET. Mettre V1
à 20V.
; Relever le courant iD(t) et la tension vDS(t) (à l'aide de la sonde de tension différentielle).
Augmenter V1 (dans la limite de 60V). En déduire RDSon. Comparer avec la valeur annoncée
sur la data sheet et les simulations. Conclusion.
; Régler la base de temps de l'oscilloscope pour visualiser au mieux la tension de grille lors
de la fermeture du MOSFET. Faire varier R9 de 0 à 2kΩ et noter la tension de seuil, la
tension et les temps t1 et ton du plateau Miller (2 ou 3 mesures). Conclure.
; Relever iD(t) et vDS(t) lors de la fermeture due à la deuxième impulsion.
; Relever iD(t) et vDS(t) lors de l'ouverture due à la deuxième impulsion. Conclusion.
Etude de la diode de roue libre
Les diodes étudiées sont les BYT12-1000 et STTA506F.
Régler R9=0. Modifier le câblage de l'inductance pour que la sonde voit le courant de diode. La
2ème impulsion permet d'étudier efficacement le blocage de la diode de roue libre et la mise en
conduction du transistor dans des conditions similaires à un régime établi.
Pour les deux diodes :
;
;
;
;
;
;
Régler la base de temps de l'oscilloscope pour visualiser le blocage de la diode (id(t),
vd(t)) entre les deux impulsions. A l'aide de V1, ajuster la valeur du courant à 5A au
moment de l'ouverture.
Qu'elles sont les valeurs de dIF/dt, dIR/dt, IRM, ta,tb, trr?
Déterminer la quantité de charge recouvrée Qrr.
A l'aide de la fonction "Math" afficher la puissance dissipée par la diode. Calculer les
pertes à l'ouverture à l'aide des formules du cours.
Faire varier le dIF/dt à l'aide de R9. Tracer les courbes IRM(dIF/dt) et trr(dIF/dt).
Que pouvez-vous conclure sur ces deux diodes?
Etude d'un IGBT.
La diode de roue libre est pour cette étude, une BYT12-1000.
Câbler un G4BC20FD
;
;
Tracer iC(t) et vCE(t),
Donner les caractéristiques du courant de queue s’il existe (amplitude, durée, …),
Expérience tactile en fréquence.
Il s'agit ici de vérifier l'augmentation des pertes lorsque la fréquence croît.
Pour un de ces montages, régler un GBF à une très faible fréquence et avec un faible rapport
cyclique. Mettre le doigt sur l'IGBT et/ou sur la diode. Faire varier la fréquence et observer
l'augmentation de température. L'étude en mode impulsionnel est-elle justifiée?